CN113653655A - 一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压缩机领域，尤其涉及一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机。该压缩机包括电机外壳、电机轴、空气轴承装置、第一蜗壳、第一叶轮、第二蜗壳和第二叶轮；蜗壳本体设置有隔舌、第一螺旋段、第二螺旋段和扩散段，第一螺旋段起始于隔舌，终止于蜗壳基圆竖直方向的直径与蜗壳本体的交线；隔板设置有螺旋段和水平段，螺旋段形状与第一螺旋段形状相同并且与第一螺旋段相对于蜗壳基圆中心对称，水平段与螺旋段相切并且沿着水平方向分布。该压缩机在蜗壳内设置隔板将蜗室分为内外两个蜗室，保证蜗壳出口的气流较为平稳；隔板上设置与第一螺旋段形状相同并且与第一螺旋段相对于蜗壳基圆中心对称的螺旋段，使得蜗壳在径向受力更加均匀。

Description

一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机领域，尤其涉及一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机。

背景技术

离心风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。离心风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。

中国实用新型专利申请（公开号CN208417019U，公开日：20190122）公开了一种基于空气动压轴承的高速双级离心鼓风机，包括电机；双级蜗壳，其包括一级蜗壳与二级蜗壳，一级蜗壳安装在电机的一侧，二级蜗壳安装在电机的另一端，一级蜗壳的排气口通过管道与所述二级蜗壳的进气口相连接；一级蜗壳内的一级叶轮与电机内的转子固定连接，二级蜗壳内的二级叶轮与电机内的转子固定连接，本实用新型两个叶轮设计在电机两端并使用同一电机带动，在同样转速、压比下，其更加节约能源，提高可靠性。

现有技术存在以下不足：压缩机蜗壳的蜗室为截面不对称的螺旋线状，蜗壳的第一螺旋段受到内部高压气体的压力时，不能被其相对侧截面不对称的蜗室部分的受力所抵消；从而造成蜗壳在径向受力较为不均匀，进而降低轴承的寿命与稳定性并且影响整机寿命与性能。同时，蜗壳内气体受到叶轮离心力的作用，距离蜗壳基圆中心距离越远气体速度越快压力越高；而蜗壳的扩散段只有一个出口，不能将蜗壳内部的高压气体和低压气体分开，从而造成蜗壳扩散段出口的气流较为紊乱，降低了压缩气体质量。

发明内容

本发明的目的是：针对上述问题，提出在蜗壳内设置隔板将蜗室分为内外两个蜗室，从而将内蜗室的低压气体和外蜗室的高压气体分开排出，保证蜗壳出口的气流较为平稳；隔板上设置与第一螺旋段形状相同并且与第一螺旋段相对于蜗壳基圆中心对称的螺旋段，从而使得第一螺旋段和隔板的螺旋段径向受力相互抵消，进而使得蜗壳在径向受力更加均匀，提高了轴承的寿命与稳定性的一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，该压缩机包括电机外壳、电机轴、空气轴承装置、第一蜗壳、第一叶轮、第二蜗壳和第二叶轮；空气轴承装置套设在电机轴外壁，第一叶轮和第二叶轮分别固定在电机轴两端并且分别位于第一蜗壳和第二蜗壳内；第一蜗壳和第二蜗壳都包括蜗壳本体和隔板，隔板固定设置在蜗壳本体内部的腔体内；蜗壳本体设置有隔舌、第一螺旋段、第二螺旋段和扩散段，第一螺旋段起始于隔舌，终止于蜗壳基圆竖直方向的直径与蜗壳本体的交线；隔板设置有螺旋段和水平段，螺旋段形状与第一螺旋段形状相同并且与第一螺旋段相对于蜗壳基圆中心对称，水平段与螺旋段相切并且沿着水平方向分布。

作为优选，电机轴包括转子轴段、第一轴段和第二轴段，转子轴段两端设置有螺纹孔，第一轴段一端和第二轴段一端通过外壁设置的外螺纹分别拧紧至转子轴段两端的螺纹孔。

作为优选，空气轴承装置包括径向空气轴承和轴向空气轴承；第一轴段在轴向由内至外依次套设有第一轴套、推力盘、第一衬套和第一叶轮；一个径向空气轴承固定在电机外壳上并且套设在第一轴套外壁，两个轴向空气轴承都固定在电机外壳上并且分别位于推力盘的轴向两侧。

作为优选，第二轴段在轴向由内至外依次套设有第二轴套、散热叶轮、第二衬套和第二叶轮；一个径向空气轴承固定在电机外壳上并且套设在第二轴套外壁，散热叶轮用于搅动压缩机内部气体进而对压缩机散热。

作为优选，第一衬套外侧端面与第一叶轮背部端面相贴合，第二衬套外侧端面与第二叶轮背部端面相贴合；第一衬套外壁与第二衬套外壁都套设有衬套密封，衬套密封用于防止工质气体进入压缩机内部。

作为优选，第一衬套外表面、第二衬套外表面、第一轴套外表面和第二轴套外表面都为用于减少磨损的复合材料，衬套密封材料为PTFE。

作为优选，第一叶轮和第二叶轮采用复合材料的闭式三元流叶轮；第一叶轮和第二叶轮在进气端都设置有整流罩，整流罩用于对空气进行整流提高压缩机的压缩效率。

作为优选，第一叶轮和第二叶轮的复合材料为碳纤维与聚四氟乙烯，并且第一叶轮和第二叶轮为背靠背方向设置。

作为优选，第一叶轮进风端与第一蜗壳的腔体内壁之间设置有轴向迷宫密封，第二叶轮进风端与第二蜗壳的腔体内壁之间设置有轴向迷宫密封。

作为优选，第一蜗壳和第二蜗壳都设置有多个沿着圆周方向分布的蜗室和翼型叶片扩压器；翼型叶片扩压器包括扩压器本体和多个叶片；扩压器本体设置有扩压器内孔，扩压器内孔套设在电机轴外壁，并且多个叶片进气端与第一叶轮或者第二叶轮的出气端相衔接；多个叶片分别沿着圆周方向设置在扩压器内孔外围，多个叶片分别与第一蜗壳和第二蜗壳上的多个蜗室位置相对应，并且每个蜗室对应的叶片之间的间隔与其自身的大小成反比。

本发明采用上述技术方案的一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机的优点是：

由于螺旋段形状与第一螺旋段形状相同并且与第一螺旋段相对于蜗壳基圆中心对称，即螺旋段与第一螺旋段形状相同部分到蜗壳基圆中心的距离相同，并且两者的受力的大小相同方向相反；从而使得第一螺旋段受到的气体压力被螺旋段受到的径向气体压力所抵消，进而减少了蜗壳整体所受到的径向力，保证了蜗壳在径向受力更加均匀，提高了轴承的寿命与稳定性。同时，隔板将蜗室分为内外两个蜗室，进而将内蜗室的低压气体和外蜗室的高压气体分开排出；从而避免由于蜗壳内部的高压气体和低压气体混合排出造成的蜗壳出口气流较为紊乱的情况，使得蜗壳出口的气流较为平稳，提高了排出的压缩气体质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为第一蜗壳的结构示意图。

图3-5为第一叶轮的结构示意图。

图6为翼型叶片扩压器的结构示意图。

90-蜗壳基圆、F1-第一螺旋段受到的内部气体压力方向、F2-螺旋段受到的内部气体压力方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

实施例1

如图1、图2所示的一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，该压缩机包括电机外壳1、电机轴2、空气轴承装置3、第一蜗壳4、第一叶轮5、第二蜗壳6和第二叶轮7；空气轴承装置3套设在电机轴2外壁，第一叶轮5和第二叶轮7分别固定在电机轴2两端并且分别位于第一蜗壳4和第二蜗壳6内；第一蜗壳4和第二蜗壳6都包括蜗壳本体81和隔板82，隔板82固定设置在蜗壳本体81内部的腔体内；蜗壳本体81设置有隔舌83、第一螺旋段84、第二螺旋段85和扩散段86，第一螺旋段84起始于隔舌83，终止于蜗壳基圆竖直方向的直径与蜗壳本体81的交线；隔板82设置有螺旋段87和水平段88，螺旋段87形状与第一螺旋段84形状相同并且与第一螺旋段84相对于蜗壳基圆中心对称，水平段88与螺旋段87相切并且沿着水平方向分布。此种方式中，由于螺旋段87形状与第一螺旋段84形状相同并且与第一螺旋段84相对于蜗壳基圆中心对称，即螺旋段87与第一螺旋段84形状相同部分到蜗壳基圆中心的距离相同，并且两者的受力的大小相同方向相反；从而使得第一螺旋段84受到的气体压力被螺旋段87受到的径向气体压力所抵消，进而减少了蜗壳整体所受到的径向力，保证了蜗壳在径向受力更加均匀，提高了轴承的寿命与稳定性。同时，隔板82将蜗室分为内外两个蜗室，进而将内蜗室的低压气体和外蜗室的高压气体分开排出；从而避免由于蜗壳内部的高压气体和低压气体混合排出造成的蜗壳出口气流较为紊乱的情况，使得蜗壳出口的气流较为平稳，提高了排出的压缩气体质量。

电机轴2包括转子轴段21、第一轴段22和第二轴段23，转子轴段21两端设置有螺纹孔，第一轴段22一端和第二轴段23一端通过外壁设置的外螺纹分别拧紧至转子轴段21两端的螺纹孔。空气轴承装置3包括径向空气轴承31和轴向空气轴承32；第一轴段22在轴向由内至外依次套设有第一轴套221、推力盘222、第一衬套223和第一叶轮5；一个径向空气轴承31固定在电机外壳1上并且套设在第一轴套221外壁，两个轴向空气轴承32都固定在电机外壳1上并且分别位于推力盘222的轴向两侧。第二轴段23在轴向由内至外依次套设有第二轴套231、散热叶轮232、第二衬套233和第二叶轮7；一个径向空气轴承31固定在电机外壳1上并且套设在第二轴套231外壁，散热叶轮232用于搅动压缩机内部气体进而对压缩机散热。径向空气轴承31和轴向空气轴承32都为气浮轴承，其在工作时无机械接触，耐高温，工作平稳，无污染，寿命长。

第一衬套223外侧端面与第一叶轮5背部端面相贴合，第二衬套233外侧端面与第二叶轮7背部端面相贴合；第一衬套223外壁和第二衬套233外壁都套设有衬套密封224，衬套密封224用于防止工质气体进入压缩机内部。

第一衬套223外表面、第二衬套233外表面、第一轴套221外表面和第二轴套231外表面都为用于减少磨损的复合材料，衬套密封224材料为PTFE。

第一叶轮5和第二叶轮7采用复合材料的闭式三元流叶轮；复合材料可以使叶轮的性能和加工效率有显著的提高；第一叶轮5和第二叶轮7在进气端都设置有整流罩9，整流罩9用于对空气进行整流提高压缩机的压缩效率。

第一叶轮5和第二叶轮7的复合材料为碳纤维与聚四氟乙烯，并且第一叶轮5和第二叶轮7为背靠背方向设置以抵消第一叶轮5和第二叶轮7产生轴向力的影响，从而大大提高整机运行的稳定性。

如图3-5所示，第一叶轮5进风端与第一蜗壳4的腔体内壁之间设置有轴向迷宫密封41，第二叶轮7进风端与第二蜗壳6的腔体内壁之间设置有轴向迷宫密封41。在压缩后的气体流入蜗壳的过程中，会有一部分高温高压气体回流至闭式叶轮周围，这样会导致闭式叶轮径向力受力不均匀并且产生较大的振动，破坏轴承的寿命；在叶轮进风端套上轴向迷宫密封41，这样气体在轴向迷宫密封41里会产生节流，进而降低温度与压力，这样就有效的避免了上述的危害。

如图3、图6所示，第一蜗壳4和第二蜗壳6都设置有多个沿着圆周方向分布的蜗室和翼型叶片扩压器42；翼型叶片扩压器42包括扩压器本体43和多个叶片44；扩压器本体43设置有扩压器内孔45，扩压器内孔45套设在电机轴2外壁，并且多个叶片44进气端与第一叶轮5或者第二叶轮7的出气端相衔接；多个叶片44分别沿着圆周方向设置在扩压器内孔45外围，多个叶片44分别与第一蜗壳4和第二蜗壳6上的多个蜗室位置相对应，并且每个蜗室对应的叶片44之间的间隔与其自身的大小成反比。此种方式中，叶片44之间的间隔与蜗室自身的大小成反比，即蜗室自身越大需要的气体越多，叶片44之间的间隔也越大以满足大蜗室的大量气体的需求；蜗室自身越小，需要的气体越少，叶片44之间的间隔也越小以避免对较小的蜗室供给大量气体造成小蜗室的气体流动阻塞；从而提高了气流的流畅性，使整机性能和效率提升。

Claims (10)

1.一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，其特征在于，该压缩机包括电机外壳（1）、电机轴（2）、空气轴承装置（3）、第一蜗壳（4）、第一叶轮（5）、第二蜗壳（6）和第二叶轮（7）；空气轴承装置（3）套设在电机轴（2）外壁，第一叶轮（5）和第二叶轮（7）分别固定在电机轴（2）两端并且分别位于第一蜗壳（4）和第二蜗壳（6）内；第一蜗壳（4）和第二蜗壳（6）都包括蜗壳本体（81）和隔板（82），隔板（82）固定设置在蜗壳本体（81）内部的腔体内；蜗壳本体（81）设置有隔舌（83）、第一螺旋段（84）、第二螺旋段（85）和扩散段（86），第一螺旋段（84）起始于隔舌（83），终止于蜗壳基圆竖直方向的直径与蜗壳本体（81）的交线；隔板（82）设置有螺旋段（87）和水平段（88），螺旋段（87）形状与第一螺旋段（84）形状相同并且与第一螺旋段（84）相对于蜗壳基圆中心对称，水平段（88）与螺旋段（87）相切并且沿着水平方向分布。

2.根据权利要求1所述一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，其特征在于，电机轴（2）包括转子轴段（21）、第一轴段（22）和第二轴段（23），转子轴段（21）两端设置有螺纹孔，第一轴段（22）一端和第二轴段（23）一端通过外壁设置的外螺纹分别拧紧至转子轴段（21）两端的螺纹孔。

3.根据权利要求2所述一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，其特征在于，空气轴承装置（3）包括径向空气轴承（31）和轴向空气轴承（32）；第一轴段（22）在轴向由内至外依次套设有第一轴套（221）、推力盘（222）、第一衬套（223）和第一叶轮（5）；一个径向空气轴承（31）固定在电机外壳（1）上并且套设在第一轴套（221）外壁，两个轴向空气轴承（32）都固定在电机外壳（1）上并且分别位于推力盘（222）的轴向两侧。

4.根据权利要求2所述一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，其特征在于，第二轴段（23）在轴向由内至外依次套设有第二轴套（231）、散热叶轮（232）、第二衬套（233）和第二叶轮（7）；一个径向空气轴承（31）固定在电机外壳（1）上并且套设在第二轴套（231）外壁，散热叶轮（232）用于搅动压缩机内部气体进而对压缩机散热。

5.根据权利要求3或4所述一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，其特征在于，第一衬套（223）外侧端面与第一叶轮（5）背部端面相贴合，第二衬套（233）外侧端面与第二叶轮（7）背部端面相贴合；第一衬套（223）外壁与第二衬套（233）外壁都套设有衬套密封（224），衬套密封（224）用于防止工质气体进入压缩机内部。

6.根据权利要求3或4所述一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，其特征在于，第一衬套（223）外表面、第二衬套（233）外表面、第一轴套（221）外表面和第二轴套（231）外表面都为用于减少磨损的复合材料，衬套密封（224）材料为PTFE。

7.根据权利要求1所述一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，其特征在于，第一叶轮（5）和第二叶轮（7）采用复合材料的闭式三元流叶轮；第一叶轮（5）和第二叶轮（7）在进气端都设置有整流罩（9），整流罩（9）用于对空气进行整流提高压缩机的压缩效率。

8.根据权利要求1所述一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，其特征在于，第一叶轮（5）和第二叶轮（7）的复合材料为碳纤维与聚四氟乙烯，并且第一叶轮（5）和第二叶轮（7）为背靠背方向设置。

9.根据权利要求1所述一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，其特征在于，第一叶轮（5）进风端与第一蜗壳（4）的腔体内壁之间设置有轴向迷宫密封（41），第二叶轮（7）进风端与第二蜗壳（6）的腔体内壁之间设置有轴向迷宫密封（41）。

10.根据权利要求1所述一种减小径向力的双级空气悬浮离心压缩机，其特征在于，第一蜗壳（4）和第二蜗壳（6）都设置有多个沿着圆周方向分布的蜗室和翼型叶片扩压器（42）；翼型叶片扩压器（42）包括扩压器本体（43）和多个叶片（44）；扩压器本体（43）设置有扩压器内孔（45），扩压器内孔（45）套设在电机轴（2）外壁，并且多个叶片（44）进气端与第一叶轮（5）或者第二叶轮（7）的出气端相衔接；多个叶片（44）分别沿着圆周方向设置在扩压器内孔（45）外围，多个叶片（44）分别与第一蜗壳（4）和第二蜗壳（6）上的多个蜗室位置相对应，并且每个蜗室对应的叶片（44）之间的间隔与其自身的大小成反比。

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